鋁-鎂合金攪拌摩擦搭接焊接頭界面組織及性能研究.pdf

1、本文采用攪拌摩擦搭接焊對(duì)厚度為2mm的軋制板材6061鋁合金與AZ31B鎂合金進(jìn)行了試驗(yàn)。研究了焊接工藝參數(shù)（旋轉(zhuǎn)速度，焊接速度與攪拌頭針長(zhǎng)）對(duì)Al/Mg接頭界面組織及力學(xué)性能的影響以及隨后熱處理過(guò)程中界面組織的變化。進(jìn)而探討了在Al/Mg接頭界面處添加Zn箔對(duì)Al/Mg接頭界面組織和力學(xué)性能的影響。
　　實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：焊接工藝參數(shù)的選擇對(duì)有無(wú)Zn箔的Al/Mg搭接接頭的成形質(zhì)量具有很大的作用。焊接工藝參數(shù)選取的合適，可以得到成形

2、良好的焊縫以及內(nèi)部無(wú)缺陷的接頭。而工藝參數(shù)選取不當(dāng)，會(huì)使得焊縫表面出現(xiàn)飛邊以及內(nèi)部出現(xiàn)孔洞等缺陷。通過(guò)對(duì)Al/Mg直接搭接接頭的過(guò)渡區(qū)分析可知，由于Al元素與Mg元素的相互擴(kuò)散在 Al/Mg搭接接頭界面處形成了不同于兩側(cè)母材的過(guò)渡層。界面層的過(guò)渡層由γ-Al12Mg17相和β-Al3Mg2相組成。焊接參數(shù)過(guò)小易使得接頭結(jié)合不牢靠，而焊接參數(shù)過(guò)大易使得界面處的過(guò)渡層擴(kuò)大，從而導(dǎo)致界面層的脆性增大，接頭的剪切強(qiáng)度急劇降低。另外，Al/Mg搭

3、接接頭的顯微硬度值分布表明界面處的硬度值也要遠(yuǎn)高于母材。
　　為進(jìn)一步了解Al/Mg搭接接頭界面處過(guò)渡層的生長(zhǎng)行為，對(duì)界面金屬間化合物層在不同的保溫時(shí)間，不同的熱處理溫度下的生長(zhǎng)進(jìn)行了分析。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，在熱處理過(guò)程中，靠近Al基體側(cè)存在Si、Fe元素的富集以及富集區(qū)與β-Al3Mg2相層區(qū)之間存在孔洞。金屬間化合物層β-Al3Mg2相和γ-Al12Mg17相的生長(zhǎng)服從拋物線規(guī)律。β-Al3Mg2相的生長(zhǎng)速率總是明顯要快于γ-Al12

4、Mg17相的生長(zhǎng)速率。另外，在熱處理過(guò)程中β-Al3Mg2相的生長(zhǎng)是受體擴(kuò)散控制，而γ-Al12Mg17相在低溫下受體擴(kuò)散與晶界擴(kuò)散共同控制，而在高溫下只受體擴(kuò)散控制。β-Al3Mg2相的擴(kuò)散系數(shù)比γ-Al12Mg17相的擴(kuò)散系數(shù)要高一個(gè)數(shù)量級(jí)，其激活能分別為113.5 kJ mol?1和69.3 kJ mol?1。
　　對(duì)添加Zn箔的Al/Mg搭接接頭的過(guò)渡層分析可知，焊接參數(shù)過(guò)小時(shí)，易在界面處留有未擴(kuò)散的Zn層；焊接參數(shù)過(guò)大時(shí)

5、，由于Zn的充分液化與流動(dòng)，使得界面處Zn的擴(kuò)散層減少，從而導(dǎo)致接頭界面處有Al-Mg系金屬間化合物生成；焊接參數(shù)合適時(shí)，Zn箔的加入能夠有效的阻礙Al元素與Mg元素之間的擴(kuò)散，使其過(guò)渡層主要由富Al相，Al5Mg11Zn4化合物層以及Mg-Zn共晶組織區(qū)組成。盡管Al/Zn/Mg搭接接頭縱向顯微硬度值分布表明界面處的硬度值仍然較高，但較之Al-Mg系金屬間化合物有所明顯的降低，有利于界面處力的傳遞，降低界面處殘余應(yīng)力和裂紋的擴(kuò)展，從而